★Implementace více{0}}stupňového vstřikovacího procesu
Teorie více{0}}stupňového vstřikování
Během injekceroztaveného plastu do dutiny formy je tavenina vystavena komplexním termodynamickým a fluidním dynamickým silám. Jak je znázorněno na obrázku, popisuje charakteristiky toku taveniny při čtyřech různých rychlostech vstřikování. Obrázek (a) ukazuje hadovité proudění nebo jev „tryskání“, ke kterému dochází během vysokorychlostního vstřikování-; Obrázek (b) ukazuje stav proudění při středně-vysoké rychlosti vstřikování, kde je jev „tryskání“ na vtoku omezen a v podstatě se blíží stavu „rozproudění“; Obrázek (c) ukazuje stav toku při středně-nízké rychlosti vstřikování, kdy tavenina obecně nevytváří jev „tryskání“ a tavenina může plnit formu s nízkou-rychlostí, stabilním „rozstřikováním“; Obrázek (d) ukazuje vstřikování s nízkou rychlostí-, které může vést k potížím nebo dokonce selhání při plnění formy kvůli příliš nízké rychlosti plnění.
Typicky probíhá extenzní tok taveniny polymeru podle modelu extenzního toku také ve třech fázích: počáteční fáze, kde čelo taveniny vykazuje radiální tok, když prochází vtokem; mezistupeň, kde je čelo taveniny oblouk{0}}tvarované působením vstřikovacího tlaku; a konečný stupeň rovnoměrného toku s viskoelastickou taveninou působící jako náběžná hrana.
Charakteristiky toku taveniny v počáteční fázi jsou takové, že tavenina vytékající z vtoku má určitou kinetickou energii při působení vstřikovacího tlaku a rychlosti vstřikování. Velikost této kinetické energie (v tomto okamžiku právě vstoupila do dutiny formy a není ovlivněna žádným odporem proudění) ovlivňuje charakteristiku radiálního proudění a objem difúze čela taveniny. Když je tato síla obzvláště silná, může nastat jev „tryskání“; když je kinetická energie této síly vhodná, tavenina proudí rovnoměrně všemi směry od zdroje, což má za následek lepší difúzní stav.
Jak postupuje počáteční fáze, tavenina se rychle rozšíří a když se dostane do kontaktu se stěnou dutiny formy, dojde ke dvěma jevům: a) směr toku se změní v důsledku sil vyvíjených stěnou dutiny formy; b) odpor proudění vzniká v důsledku účinků chlazení a tření stěny dutiny formy, což má za následek rozdíly v rychlosti toku taveniny v různých bodech. Tato charakteristika toku se projevuje jako nestejné rychlosti toku v různých bodech taveniny, s nejvyšší rychlostí toku v jádru taveniny a tok materiálu náběžné hrany má tvar oblouku; současně proudění v každém bodě vytváří nestejný odpor a omezení a odpor proudění má tendenci se zvětšovat s rostoucí vzdáleností proudění.
Ve třetí fázi roztavený materiál rychle proudí do dutiny formy, přičemž viskoelastická tavenina působí jako čelo toku. Ve druhé a třetí fázi vstřikování je hlavním faktorem ovlivňujícím vlastnosti plnění formy kinetická energie generovaná vstřikovacím tlakem a rychlostí vstřikování. Obrázek ukazuje proces expanze proudění a rozložení rychlosti. Vstřikované díly se dodávají v různých tvarech a na obrázku je zobrazen pouze jeden model. Vlastnosti toku, ztráty energie během procesu plnění formy a tvar produktu spolu úzce souvisí a různé plasty mají různé tokové vlastnosti.
1. Nízká-teplota formy; 2. Studená-ztuhlá vrstva plastu; 3. Směr toku taveniny; 4. Rozložení rychlosti při nízké-teplotní formě.
Ideální stav toku roztaveného materiálu v dutině formy
Jak bylo uvedeno výše, charakteristiky rovnoměrného expandujícího toku a počáteční fáze toku taveniny plastu z vtoku by neměly vykazovat jevy podobné "tryskání" nebo charakteristikám tryskání. To vyžaduje, aby tavenina neměla příliš vysokou kinetickou energii v počátečních fázích toku k vtoku (nadměrná kinetická energie může vést k tryskání a hadovitým vzorům); v polovině-fáze plnění formy by měl mít rozpínající se proud dostatečnou kinetickou energii, aby překonal odpor proudění a dosáhl stejnoměrného stavu rozpínání; v konečné fázi plnění formy je zapotřebí viskoelastická tavenina k rychlému naplnění formy, překonání rostoucího odporu toku se zvětšující se vzdáleností toku a dosažení předem stanovené rovnoměrné a stálé rychlosti toku. Na základě reologických principů může tento ideální stav tečení vést k vstřikovaným-výrobkům s vynikajícími fyzikálními a mechanickými vlastnostmi, eliminovat vnitřní pnutí a orientaci v produktu, eliminovat propady a povrchové čáry toku a zvýšit jednotnost povrchového lesku produktu.
Implementace více{0}}fázového procesu vstřikování
Více{0}}stupňové vstřikování v podstatě zahrnuje řízení různých rychlostí vstřikování v okamžiku, kdy tavenina plastu zaplní dutinu formy, což umožňuje, aby tavenina plastu během procesu plnění dosáhla téměř-ideálního stavu. Tento ideální proces plnění nevnáší do plastového produktu vady kvality, ani nevytváří napětí nebo orientační síly. Obecně je proces vstřikování dokončen během několika sekund až desítek sekund a vícestupňový proces vstřikování vyžaduje transformaci procesu plnění do kontinuální sekvence různých stavů plnění řízených měnícími se rychlostmi vstřikování v tomto krátkém časovém rámci.
Podle pěti{0}}požadavků skutečného vícestupňového vstřikovacího procesu- jsou implementovány různé objemy vstřikování a kinetickou energii taveniny musí dodávat vstřikovací stroj. Současné vstřikovací stroje již dokážou dosáhnout segmentového, nebo dokonce vícesegmentového řízení vstřikování, jak je znázorněno na obrázku.
Jak je znázorněno na obrázku výše, lze dosáhnout pěti{0}}segmentového řízení vstřikování, přičemž každý segment má jiný vstřikovací objem. Objem vstřiku řízený zdvihem je:
- Kde ΩLnje vstřikovací objem;
- Lnje zdvih vstřiku;
- D je průměr šneku vstřikovacího stroje;
- p je hustota plastu.
Proto mohou být v každém segmentu použity různé rychlosti a tlaky vstřikování, aby se dosáhlo požadované kinetické energie roztaveného materiálu během této fáze. Každý segment odpovídá určité zóně (n-zóně) v dutině formy. I když se kinetická energie průtoku mění vlivem vtokového systému, změny objemového průtoku by měly být minimální.
Ve skutečné výrobě je rychlost vstřikování u vstřikovacích lisů, které dosahují více{0}}stupňového vstřikování, řízena ve více stupních. Typicky lze proces vstřikování rozdělit do tří nebo čtyř zón, jak je znázorněno na obrázku, a každé zóně lze nastavit vlastní vhodnou rychlost vstřikování pro dosažení vícestupňového vstřikování. V současné době mají některé vstřikovací stroje také vícestupňové před-plastifikování a více-stupňové přítlačné funkce.
Vícestupňová křivka procesu vstřikování
Přestože vícestupňové vstřikování popisuje stav roztaveného materiálu během plnění formy, jeho řízení je realizováno vstřikovacím lisem. Z hlediska principu řízení vstřikovacího stroje lze využít vztah mezi rychlostí vstřikování (vstřikovacím tlakem) a zdvihem podávání šneku. Obrázek ukazuje typickou křivku pro vícestupňový proces vstřikování, kde jsou různé vstřikovací tlaky a rychlosti aplikovány na různá množství materiálu během procesu vstřikování.
1–5 - 5 různé rychlosti vstřikování
Výhody více{0}}stupňového vstřikování
Vysokorychlostní a nízkorychlostní vstřikování ve vstřikování má své výhody a nevýhody. Zkušenosti ukazují, že vysokorychlostní vstřikování má obecně následující výhody: kratší čas vstřikování; zvýšená vzdálenost toku; zlepšená povrchová úprava výrobku; zvýšená pevnost svarových linií; a zabránění deformaci chlazení. Nízká{5}}rychlost vstřikování má naproti tomu obecně následující výhody: účinná prevence záblesků; prevence tokových stop; prevence problémů s odvětráváním plísní; prevence zadržování vzduchu; a prevence deformace molekulární orientace.
Více{0}}stupňové vstřikování spojuje výhody vysoko-rychlostního a nízkorychlostního-vstřikování, aby splnilo požadavky na stále složitější geometrie plastových výrobků a drastické změny v průřezu-profilů a dutin forem. Může také účinně eliminovat vady, jako jsou stopy po vstřiku, smrštění, bubliny, čáry po svarech a stopy po spálení během procesu formování.
Vícestupňový proces vstřikování proráží tradiční metodu vstřikování a udržovacího tlaku a organicky kombinuje výhody vysoko{1}}rychlostního a nízkorychlostního- vstřikování. Implementací vícestupňového řízení během procesu vstřikování lze překonat mnoho vad ve vstřikovaných dílech. Obrázek například ukazuje metodu, která používá nízkorychlostní vstřikování na začátku vstřikovacího procesu, vysokorychlostní vstřikování- během plnění dutiny formy a poté znovu vstřikování nízkou-rychlostí na konci plnění. Prostřednictvím kontroly a nastavení rychlosti vstřikování lze zabránit a zlepšit různé nežádoucí jevy, jako jsou otřepy, stopy po tryskání, stříbrné pruhy nebo stopy po popáleninách.
a-d: čtyři různé rychlosti vstřikování
Praktické zkušenosti ukazují, že ovládání tlaku oleje, rychlosti vstřikování, polohy šneku a rychlosti šneku vstřikovacího stroje prostřednictvím více{0}}kontroly programu může do značné míry zlepšit vady ve vzhledu vstřikovaných-výrobků, jako je smrštění, deformace a lemování.